Tema 8 Expresión génica: traducción.

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1 Tema 8 Expresión génica: traducción

2 Expresión génica: traducción
Objetivos tema 8 Expresión génica: traducción Deberán quedar bien claros los siguientes puntos: Ribosomas y RNA ribosómicos (rRNA) RNA de transferencia (tRNA) Traducción: Iniciación, Elongación y Termináción El código genético: degeneración, universalidad Redundancia y tambaleo Comparación de la traducción en procariotas y eucariotas Comparación entre replicación, transcripción y traducción Excepciones al dogma del flujo de la información

3 Traducción Proceso por el que la secuencia de nucleótidos de un mRNA determina la estructura primaria de una proteína Aparato decodificador -> Secuencia primaria de polipéptido Ribosomas (rRNA + proteínas): lugar de síntesis tRNA: Portador de aminoácidos mRNA: Portador del mensaje cifrado Factores adicionales: IF, EF, RF, enlaces fosfatos Separación componentes mediantes centrifugación en gradiente de sacarosa (velocidad de sedimentación, S-Svedberg-) 95% RNA total

4 Ribosoma

5 El movimiento browniano es la fuerza dominante en el contexto celular

6 Contexto celular

7 Ribosoma

8 Ribosoma

9 Traducción El Ribosoma: agregado macromolecular proteínas y rRNA (70S en procariotas y 80S en eucariotas) Dos subunidades: 50S con rRNA 23S y 5S (60S 5, 5,8 y 28 en eucariotas) Pequeña: 30S con rRNA 16S (40S y 18S en eucariotas) Las tres moléculas de rRNA de E. coli se encuentran en el mismo transcrito copias del gen que codifica rRNA. Se obtiene proporción 1:1:1 En eucariotas también se transcriben conjuntamente excepto rRNA 5S. D. melanogaster 130 copias rRNA genes en tándem cromosomas X e Y (el organizador nucleolar) que transcribe RNA pol I -> Nucleolo, mancha oscura núcleo eucariotas, lugar montaje ribosomas. Entre dos copias consecutivas hay DNA espaciador.

10 Transcripción rRNA Nucleolo

11 Un gen es una región de DNA que codifica RNA
Mensaje: Algunos genes codifican proteínas; otros genes especifican RNA (tRNA, rRNA, siRNA) como producto final. Luego, Un gen es una región de DNA que codifica RNA

12 tRNA: la molécula adaptadora

13 tRNA Región específica (anticodón) que se une a mRNA (codón)
tRNAs son muy semejantes. 80 nc. Bases raras. Lazoz T, lazo anticodón y lazo dihidroU Carga del aminoácido: Aminoacil tRNA, enlace ~ Aminoacil tRNA sintetasa específica para cada aa (20) ATP Unión aa extremo 3’OH del tRNA Algunas tRNA reconoce > 1 codón: tambaleo Aa + ATP -> aa ~P – adenosina + tRNA -> aa~tRNA +adenosina+P Durante la síntesis se reconoce el tRNA (su anticodón) y no el aminoácido (Experimento de Chapeville)

14 tRNA

15 tRNA

16 Aminoacil tRNA sintetasas

17 ¿Qué es el segundo código genético?
Nature 333, (12 May 1988) | doi: /333140a0; Accepted 14 April 1988 Ya-Ming Hou Paul Schimmel A simple structural feature is a major determinant of the identity of a transfer RNA Ya-Ming Hou & Paul Schimmel Second Genetic Code Deciphered, Solving a Protein Synthesis Puzzle Analysis of a series of mutants of an Escherichia coli alanine transfer RNA shows that substitution of a single G-U base pair in the acceptor helix eliminates aminoacylation with alanine in vivo and in vitro. Introduction of that base pair into the analogous position of a cysteine and a phenylalanine transfer RNA confers upon each the ability to be aminoacylated with alanine. Thus, as little as a single base pair can direct an amino acid to a specific transfer RNA.

18 Traducción Iniciación
N-formil metionina aminoácido inicial. Todas las proteínas tienen f-met en el extremo N-terminal (E. coli) 2tRNA met tRNA met, f -> reconoce AUG como codón inicial tRNA met, m-> reconoce codones AUG excepto incial Complejo de iniciación (requiere un GTP) Subunidad 30S + mRNA + tRNAMetf + 3 factores de iniciación IF1, IF2, IF3 Secuencia de Shine-Dalgarno: 16S rRNA (3’) complementario mRNA (5’). En eucariota la caperuza 5’ (7 metil guanosina) Subunidad 50S se une al complejo Sitio A (aminoacil): entra nuevo tRNA Sitio P (peptidil): crecimiento cadena polipeptídica Sitio E (salida): salida tRNA desacilado

19                                                                                                                                                                                                              El elemento Shine-Delgarno se encuentra en el extremo 5' del codón iniciador AUG en mRNAs policistrónicos de procariotas. El elementos es complementario a las secuencias presente cerca del extremo 3' del rRNA 16S del ribosoma procariótico.

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21 Traducción Elongación Segundo tRNA
Reconocimiento mediante el enlace de hidrógeno codón-anticodón Requiere GTP + 2 factores de elongación (EF-Ts y EF-Tu) Formación enlace peptídico Peptidil transferasa: centro activo en 50S Extremo carboxil (enlace rico en energía) del aa en sitio P con extremo amino aa sitio A El tRNA vacío (sin aa) es el del sito P Translocación: Movimiento del ribosoma respecto mRNA de modo tRNA con cadena polipeptídica pasa sitio P, y sitio A quede vacío Requiere GTP, y factor EF-G (Translocasa)

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25 Traducción Terminación Codón sin sentido No codifica ningún aminoácido
UAG (Ambar), UAA (Ocre), UGA (Opal) Factor de liberación o terminación (RF) y un GTP -> Liberan la proteína del ribosoma Disociación del ribosoma

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27 Animación http://www.whfreeman.com/iga9e

28 Traducción Resumen Requiere mucha energía (90%) Un enlace peptídico requiere: 2 ATP carga 2 tRNA, 1 GTP (tRNA en sitio A), 1GTP (translocación) Procariotas: Acoplamiento transcripción – traducción Más de un gen por mRNA: mensajeros policistrónicos. Vel síntesis: 300 aa/20 segundos Eucariotas: No acoplamiento, mensajeros no policistrónicos. Vel síntesis: 30 aa/2,5 minutos Muchos ribosomas se encuentran en un mRNA (polisoma o poliribosoma) Proteínas de membrana: péptido señal Aminoácidos N-terminal (10-20) + partícula reconocimiento señal (SRP) Se une ribosoma a una proteína de atraque de la membrana Eliminación del péptido señal

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30 Poliribosoma

31 Código genético Número bases por aa
3 bases (triplete) / aa mínimo para la síntesis de 20 aa Experimento de Crick en gen rII fago T4 tratado mutágeno proflavina (añade o quita un nc) -> mutación de desplazamiento pauta lectura: +1 y luego -1, restablece una mutación +3 ó -3 también Solapamiento y puntuación Mutaciones conocidas (p.e., Hb S) solo cambian un aa mRNA virus necrosis tabaco codones justos para la síntesis de la proteína de membrana Descifrado del código (Ochoa, Nirenberg) mRNA sintético in vitro enzima polinucleótido fosforilasa poliU->Fenilalanina Proporciones conocidas de nucleótidos Uso de codones sintéticos en pruebas de unión

32 Código genético

33 Código genético

34 Código genético

35 Código genético Código es degenerado: varios codones determinan el mismo aminoácido Familias no compartidas de codones (8) GUX 3ª base no importa Familias compartidas de codones Número de tRNA 50 < Número de codones 61 -> Algunos anticodones deben reconocer más de un codón 61/20 ~ 3,5 Hipótesis del tambaleo (Crick): El apareamiento de la 3ª base del codón no es rígido

36 Código genético Hipótesis del tambaleo (Crick):
El apareamiento de la 3ª base del codón no es rígido

37 Código genético Hipótesis del tambaleo (Crick):
El apareamiento de la 3ª base del codón no es rígido Extremo 5’ del anticodón Extremo 3’ del codón G C o U C Sólo G A Sólo U U A o G I U, C o A tRNA isoaceptores Anticodón Codón tRNASer UCG + tambaleo UCC UCU tRNASer AGU + tambaleo UCA UCG tRNASer UCG + tambaleo AGC AGU

38 Código genético Universalidad del código
La inmensa mayoría de organismos usan el mismo código Mitocondrias U en sitio tambaleo en tRNA pueden aparear con todas las bases. Reducción del número de tRNAs a 24 CUX: leu, no thr; UGA: trp, no stop Otros organismos leen codones stops

39 El “dogma” central revisado

40 Diferencia entre replicación y transcripción por un lado y traducción por el otro
En el primer paso del flujo de la información, de DNA a DNA o DNA a RNA, el lenguaje es lineal y biyectivo, y por lo tanto reversible (como lo muestra la existencia del fenómeno de retrotranscripción, pero el paso de RNA a proteína es irreversible. El código es degenerado y la proteína adquiere, conforme se traduce, una estructura no lineal, tridimensional

41 Links de interés rRNA Database DNA, RNA, protein
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